(57)【要約】  【課題】ダイカストマシン用スリーブにセラミックスを適用して耐溶損性,耐摩耗性等を高め改良された耐用寿命を得る。  【解決手段】前部筒体（10）とその後端側に連結された後部筒体(20)とを有し、後部筒体(20)は、セラミックス内筒(21)とこれを包囲する金属外筒(22)とからなる重合筒体であり、セラミックス内筒(21)と金属外筒(22)との重合界面には円周隙間(23)（すき間幅約0.5-1mm）が設けられている。前部筒体(10)と後部筒体(20)とは、円環状突出部(10Ｐ)と円環状突出部(22Ｐ)との嵌め合いで連結され、セラミックス内筒(21)は前部筒体(10)と止め板(30)との間に挟まれて軸方向に挟着保持されている。セラミックス内筒のフランジ(21ａ)と金属外筒の拡径段差(22ｂ)との間には、所望により低熱膨張性材料からなる断面L字型のリング状スペーサ(25)が介装される。  【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前部筒体(10)と、その後端部に軸心を一致して連結された給湯口を有する後部筒体(20)、および後部筒体(20)の尾端に取付けられたリング状止め板（30）からなり、前部筒体(10)は金属からなる単層筒体であり、後部筒体(20)は、セラミックスからなる内筒(21)と、これを包囲する金属からなる外筒(22)との重合筒体であって、セラミックスからなる内筒(21)と金属からなる外筒(22)との間に円周隙間(23)を有し、セラミックスからなる内筒(21)は、前部筒体(10)の後端面と前記リング状止め板(30)との間に軸方向に挟着保持されていることを特徴とするダイカストマシン用複合スリーブ。
【請求項２】
後部筒体のセラミックスからなる内筒(21)と金属からなる外筒(22)との円周隙間(23)にセラミックス繊維が装填されていることを特徴とする請求項１に記載のダイカストマシン用複合スリーブ。
【請求項３】
前部筒体(10)および後部筒体(20)の外筒(22)は熱間工具鋼からなり、後部筒体(20)の内筒(21)は窒化珪素質セラミックスからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイカストマシン用複合スリーブ。
【請求項４】
後部筒体（20）のセラミックスからなる内筒（21）は前端にフランジ（21a）を有し、金属からなる外筒（22）は、前記内筒のフランジ（21a）を係合するための円周方向に形成された拡径段差(22ｂ)および前部筒体(10)に向う円環状突出部(22Ｐ)を有する一方、前部筒体(10)は後部筒体(20)に向う円環状突出部(10Ｐ)を有し、前部筒体(10)と後部筒体(20)とは前記円環状突出部(10Ｐ)と (22Ｐ)との嵌め合せにより連結され、リング状止め板(30)は金属からなる外筒(22)の尾端面に押圧固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイカストマシン用複合スリーブ。
【請求項５】
内筒(21)は、窒化珪素又はサイアロン等の窒化珪素質セラミックス焼結品であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のダイカストマシン用複合スリーブ。
【請求項６】
セラミックスからなる内筒(21)のフランジ(21ａ)と金属からなる外筒(22)の円周段差部(22ｂ)との間に、外筒(22)より低い熱膨張率を有する低熱膨張性材料からなるリング状スペーサ(25)が介装されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のダイカストマシン用複合スリーブ。
【請求項７】
リング状スペーサ(25)の低熱膨張性材料は、常温〜６００℃における熱膨張率が１×10−６〜７×10−６/℃である、タングステン合金、モリブデン合金、チタン合金、超硬合金、又はＣＣコンポジットであることを特徴とする請求項６に記載のダイカストマシン用複合スリーブ。
【請求項８】
前部筒体(10)と後部筒体(20)との分割位置は、ダイプレートの外側面に略一致している請求項１〜７のいずれか１項に記載のダイカストマシン用複合スリーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等の非鉄金属の射出鋳造装置であるダイカストマシンを構成するプランジャースリーブの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイカストマシンに設置されるスリーブ（１）は、図４に示すように、溶融金属（Ｍ）を注入する給湯口（２６）を後端側に有する円筒体であり、その中空孔内をプランジャーチップ（２）が進退駆動される。スリーブ（１）は、ダイカストマシン本体（４）の金型（４１）に連通し、給湯口（２６）を有する後端側がプラテン（ダイプレート）（４２）の外側に突出するように設置される。給湯口（２６）からスリーブ（１）内に供給される金属溶湯（Ｍ）はプランジャーチップ（２）を介して金型（４１）内に射出（加圧注入）される。
【０００３】
スリーブ（１）の内周面は、金属溶湯に対する溶損抵抗性及びプランジャーチップ（２）の往復摺動に対する摩耗抵抗性等を必要とする。スリーブ（１）の内面が溶損や摩耗による損傷を受けると、スリーブ（１）とプランジャーチップ（２）との摺接界面に溶湯の差込みが生じ、摺動抵抗の増大、金型（４１）への射出速度の低下等をきたし、鋳造操業の円滑性が損なわれると共に、製品品質の低下等を招くことになる。従来、スリーブ（１）としてＳＫＤ６１に代表される熱間工具鋼（JIS-Ｇ4404）製シリンダーが使用されてきた。そのスリーブ（１）は、非鉄金属溶湯に対する比較的良好な耐溶損性、耐摩耗性等を備えているが、耐溶損性等をより高めるための改良策として、耐溶損性・耐摩耗性等に優れたセラミックスを適用し、図５に示すようにセラミックス円筒(５１)を、金属（SKD61工具鋼等）の円筒（５２）の内側に焼嵌めて積層構造とすることが知られている。
【特許文献１】特許第３０９３５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記積層スリーブ（焼嵌め構造）は実機使用において次のような問題がある。
金属円筒（５２）の熱膨張率（例えばSKD61工具鋼：約12×10−６/℃）はセラミックス内筒（５１）の熱膨張率（例えば窒化珪素質セラミックス：約1.5-3×10−６/℃）に比し著しく大きく、このため金属溶湯の接触による加熱昇温に伴なって焼嵌め効果が低減し、積層構造が不安定になる。また、スリーブ（１）は、金属溶湯からの熱影響として、図７の鎖線に示す軸方向の反り変形Ｄ１や、図８の鎖線に示す径方向断面の変形Ｄ２が生じ易い。これらの変形は、スリーブ（１）内の金属溶湯（Ｍ）が、図６に示すように貯留されるため、スリーブ（１）の上側部と下側部とに温度差が生じ、しかも上側部と下側部とで断面形状が異なる（上側部には給湯口26が開口している）こと等により生じる現象である。
【０００５】
スリーブ（１）に生じる上記変形（Ｄ１,
Ｄ２）の大きさは、スリーブの形状・サイズ,給湯温度等により異なるが、通常反り変形Ｄ１（図７）の変形量（=軸心偏位量/軸心長さ）は約0.5〜1mm/300mm、径方向変形Ｄ２（図８）の変形量（=短径/長径）は約0.2〜0.5mm（スリーブ径150mmの場合）に達するのが通常である。このスリーブの変形は、プランジャーチップ（２）の円滑な往復運動を妨げ、スリーブ及びプランジャーチップの摩耗損傷を助長する。殊に、図５の積層構造（焼嵌め構造）を有するスリーブ（１）では、金属外筒（５２）の変形に伴ってセラミックス内筒（５１）の亀裂・欠損等が誘発され、積層構造を採用したことの効果が損なわれることになる。  
本発明は、セラミックス−金属の積層構造を有するダイカストマシン用スリーブに関する上記問題を解消し、セラミックスの機能を効果的に発揮させ、耐久性及び鋳造操業の安定性を高めることを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のダイカストマシン用複合スリーブは、
前部筒体(10)と、その後端部に軸心を一致して連結された給湯口(26)を有する後部筒体(20)、および後部筒体(20)の尾端に取付けられたリング状止め板（30）からなり、前部筒体(10)は金属からなる単層筒体であり、後部筒体(20)は、セラミックスからなる内筒(21)と、これを包囲する金属からなる外筒(22)との重合筒体であって、セラミックスからなる内筒(21)と金属からなる外筒(22)との間に円周隙間(23)を有し、セラミックスからなる内筒(21)は、前部筒体(10)の後端面と前記リング状止め板(30)との間に軸方向に挟着保持されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、セラミックスからなる内筒（２１）を、前部筒体（１０）とリング状止め板（３０）との間に挟んで軸方向に挟着保持すると共に、セラミックスからなる内筒（２１）と金属外筒（２２）との間に円周間隙（２３）を与えた構造を有する。このため、従来の「セラミックス-金属」積層スリーブ（図５）の焼嵌め構造と異なって、実機使用時の加熱昇温状態においても、焼嵌め構造のような外筒（２２）と内筒（２１）との熱膨張差に起因する不具合（焼嵌め効果の低下に伴うセラミックス内筒の保持状態の不安定化）はなく、また金属の外筒（２２）に熱変形（図７の軸方向反り変形,図８の径方向変形）が生じても、円周隙間（２３）を介在させていることにより、外筒（２２）の変形がセラミックスの内筒（２１）に直接作用することはなく、セラミックスの内筒（２１）は亀裂・欠け等のない健全な形態が保持される。
【０００８】
ダイカストマシン用スリーブの実機使用で生じる内周面の溶損・摩耗等の損傷は給湯口（２６）付近に集中して観察される現象であり、スリーブの耐用寿命を左右しているのはこの付近の損傷の進展状況である。従ってセラミックスを適用するに当り、必ずしもこれをスリーブ（１）の全長に及ぼす必要はなく、給湯口（２６）を有する後部側（後部筒体20）に限定して適用すれば、後記のようにスリーブ（１）に要求される十分な強度・堅牢性を確保しつつ、セラミックスを適用したことによる耐用寿命の飛躍的な改善効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明の複合スリーブの実施例を示す軸方向要部断面図であり、図２はそのI-I矢視断面を示している。複合スリーブ（１）は、前部筒体（１０）と、給湯口（２６）を有する後部筒体（２０）とからなり、両者は軸心を一致させて連結されている。後部筒体（２０）は、セラミックスからなる内筒（２１）とその外周面を包囲する金属からなる外筒（２２）との重合筒体であると共に、セラミックス内筒（２１）と金属外筒（２２）との間には円周隙間（２３）が与えられている。
【００１０】
後部筒体（２０）のセラミックス内筒（２１）は、前端にフランジ（２１ａ）を有し、金属外筒（２２）には、前記フランジ（２１ａ）を係合させるための円周方向に形成された拡径段差(２２ｂ)を有している。セラミックス内筒（２１）のフランジ（２１a）が金属外筒（２２）の拡径段差（２２b）に係合されることにより両者は同心円状に重合される。また金属外筒（２２）はその前縁に、前部筒体（１０）に向う円環状突出部（２２Ｐ）が設けられており、これに対応して前部筒体（１０）の後縁には、後部筒体(２０)に向う円環状突出部（１０Ｐ）が形成されている。
【００１１】
前部筒体（１０）と後部筒体（２０）の外筒（２２）とは、互いの円環状突出部（１０Ｐ）と（２２Ｐ）との嵌め合いにより同軸上に連結される。その連結形式として、例えば円環状突出部（１０Ｐ）に外ねじ（図示せず）、円環状突出部（２２Ｐ）に内ねじ（図示せず）をそれぞれ設け、両者のねじ込みにより連結することとすれば、ねじの締付けにより、セラミックス内筒（２１）の前端面は、前部筒体（１０）の円環状突出部（１０Ｐ）の端面に押圧される。なお図では、前部筒体（１０）と後部筒体の外筒（２２）との連結構造について、前部筒体（１０）の円環状突出部（１０Ｐ）を、外筒（２２）の円環状突出部（２２Ｐ）の内側に挿入した形態を示しているが、該円環状突出部（１０Ｐ）と（２２Ｐ）の嵌め合いは、その内外の関係を図示のそれとは逆にした連結構造としてもよい。
【００１２】
後部筒体（２０）の尾端面には止め板（３０）があてがわれる。止め板（３０）は、熱間工具鋼（例えばSKD61）等で形成されたリング状部材であり、周縁部の複数個所においてボルト（３１）により金属外筒（２２）の端面に押圧固定される。これにより、セラミックス内筒（２１）は、前部筒体（１０）の円環状突出部（１０Ｐ）の端面と止め板（３０）の板面との間に挟まれて軸方向に押圧保持される。このように、前部筒体（１０）と後部筒体（２０）との連結および止め板（３０）の取付けを行なうことによりスリーブ（１）の組み立てを完成する。プランジャーチップ（２）（図４）はリング状止め板（３０）の開口を通してスリーブ（１）内に挿入される。
【００１３】
図３は、本発明の複合スリーブの他の実施例を示している。前記図１の複合スリーブと異なる点は、後部筒体（２０）において、セラミックス内筒（２１）のフランジ（２１ａ）と金属外筒（２２）の拡径段差（２２ｂ）との間に、低熱膨張性材料からなるスペーサ（２５）が介装されていることである。スペーサ（２５）は前記拡径段差（２２ｂ）の段差形状に相応する断面Ｌ字型のリング形状を有している。スペーサ（２５）の低熱膨張性とは、金属外筒（２２）より低い熱膨張率を有するという意味である。スペーサ（２５）が拡径段差（２２ｂ）部に介装されることにより、セラミックス内筒（２１）と金属外筒（２２）（両者の熱膨張率差は大きい）の熱膨張率差が緩和される効果として、セラミックス内筒（２１）の挟着保持状態の安定性が高められる。
【００１４】
図３に示した複合スリーブ（１）は、リング状スペーサ（２５）が介装されている点を除いて、その他の構成は、前記図１の複合スリーブのそれと同じであってよく、セラミックス内筒（２１）は、スペーサ（２５）を介して前部筒体（１０）の円環状突出部（１０Ｐ）の端面と止め板（３０）の板面とに挟まれて軸方向に挟着保持されている。
【００１５】
本発明の複合スリーブにおいて、セラミックス内筒（２１）を包囲する金属外筒（２２）は、前部筒体（１０）と後部筒体（２０）とを連結する役目のほか、セラミックス内筒（２１）を器物との接触から保護し破損を防止する役目を有する。また、スリーブの実機使用において金属外筒（２２）に前部筒体（１０）からの伝導伝熱による熱変形（図７の軸方向反り変形Ｄ１や図８の径方向変形Ｄ２）が生じても、セラミックス内筒（２１）との間に円周隙間（２３）が設けられているので、焼嵌め一体構造（図５）と異なって、セラミックス内筒（２１）に亀裂欠損を生じさせるような外力が負荷することはなく、セラミックス内筒（２１）の健全な筒形態が保持される。
【００１６】
上記セラミックス内筒（２１）と金属外筒（２２）との間に設けられる円周隙間（２３）の適正なすき間幅は、金属外筒（２２）の材種（熱膨張率の大きさ）等により異なるが、スリーブ材として一般的なＳＫＤ６１等の熱間工具鋼である場合のすき間幅は、約０．５〜１ｍｍ程度で十分である。円周隙間（２３）には、所望により緩衝材としてセラミックス繊維（２４）が装填される。
【００１７】
本発明の複合スリーブにおける前部筒体（１０）は、後部筒体（２０）と異なって単層筒体であり、その金属材種は従来のスリーブ材として一般的なＳＫＤ６１に代表される熱間工具鋼であってよい。  
後部筒体（２０）の内筒（２１）はセラミックス焼成品であり、その材種は耐溶損性,耐摩耗性等の点から窒化珪素,サイアロン等の窒化珪素質セラミックスであるのが好ましい。その熱膨張率（常温〜600℃）は約1.5×10−６〜３×10−６/℃である。セラミックス内筒（２１）と金属外筒（２２）との円周隙間（２３）に装填されるセラミックス繊維（２４）は、例えばＡｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２繊維等である。
後部筒体（２０）の金属外筒（２２）は、前部筒体（１０）と同様にＳＫＤ６１に代表される熱間工具鋼であってよく、この他に比較的熱膨張率αの低い金属材種として、タングステン合金（α：約5×10−６〜6×10−６/℃）,例えばW-3%Ni-2%Cu合金、モリブデン合金(α：約5×10−６〜6×10−６/℃),例えばMo-2%Ni合金、チタン合金(α：約6×10−６〜7×10−６/℃),例えばTi-40%Mo合金、超硬合金（α：約5×10−６〜6×10−６/℃）,例えばWC-12%Co合金等が適用される。
【００１８】
セラミックス内筒（２１）のフランジ（２１ａ）と金属外筒（２２）の拡径段差(２２ｂ)との間に介装されるリング状スペーサ（２５）は、前記のように低熱膨張性であることにより、セラミックス内筒（２１）の挟着保持状態の安定性を高める効果を有する。その熱膨張率（α）は、セラミックス内筒（２１）の熱膨張率を考慮すると、約１×10−６〜７×10−６/℃（常温〜600℃）であるのが好ましい。このような低熱膨張性材料は、低熱膨張性と併せてスリーブ材料としての耐熱性・機械強度を有するものであり、公知の材料から適宜選択される。
【００１９】
上記低熱膨張性材料の具体例として、タングステン合金（α：約５×10−６〜６×10−６／℃）例えばＷ-3%Ｎｉ-2%Ｃｕ合金、モリブデン合金（α：約５×10−６〜６×10−６／℃）例えばＭｏ-2%Ｎｉ合金、チタン合金（α：約６×10−６〜７×10−６／℃）例えばＴｉ-40%Ｍｏ合金、超硬合金（α：約５×10−６〜６×10−６／℃）例えばWC系超硬合金であるＷＣ-12%Ｃｏ等の金属材料が挙げられる。また、上記金属材料のほか、ＣＣコンポジット（α：約５×10−６〜６×10−６／℃）を適用することができる。このものは炭素繊維とその繊維間隙に浸潤されたピッチとの混合物を加圧加熱下に処理して形成される炭素質の固結体であり、低熱膨張性と併せてスリーブ材料としての耐熱性・機械強度を備えている。
【００２０】
本発明の複合スリーブを構成する前部筒体（１０）と後部筒体（２０）との分割位置（=連結位置）は、ダイカストマシン本体（４）（図４）のプラテン（ダイプレート）（４２）の外側面（４３）の付近（外側面43に略一致させてよい）とし、プラテン（４２）の外側に突出する部分を後部筒体（２０）、その前方部分（ダイカストマシン本体に内包されて固定される部分）を前部筒体（１０）とするのがよく、このような分割構造とすることにより、次のようにダイカストマシン用スリーブの強度・堅牢性を確保しながら、セラミックス内筒（２１）を適用したことによる耐溶損性等の改良効果を十分に発揮させることができる。
【００２１】
スリーブ（１）内に供給された金属溶湯を金型（５１）内に圧入するプランジャーチップ（２）の加圧操作は、プランジャーチップ（２）が給湯口（２６）より前方に進出した位置（前部筒体10内）で行なわれるので、前部筒体（１０）を熱間工具鋼等の単層筒体としておけば、加圧操作時に発生する高圧力の衝撃に耐える十分な強度・堅牢性が確保される。その加圧操作に伴う衝撃はプランジャーチップ（２）のうしろ側の後部筒体（２０）には直接的に作用しないので、セラミックス内筒（２１）を衝撃から保護することができる。スリーブの溶損・摩耗等は、前記のように給湯口（２６）付近が問題となる現象であるから、後部筒体（２０）のみにセラミックス内筒（２１）を適用してスリーブの耐用寿命の飛躍的改善効果を得ることができる。
【実施例】
【００２２】
ダイカストマシン（型締力2500ton）用スリーブ（全長1000ｍｍ,中空孔径150ｍｍ）を製作。前部筒体（10）と後部筒体（20）の分割位置はプラテン外側面位置である。
【００２３】
[実施例１(供試スリーブＡ)]（図１）
前部筒体10：材種ＳＫＤ６１
サイズ  軸長700ｍｍ,肉厚50ｍｍ
後部筒体20：
軸長（前部筒体10と止め板30に挟まれた部分）300ｍｍ
外筒22：材種  タングステン合金（W-3%Ni-2%Cu）
肉厚  10ｍｍ
内筒21：材種  窒化系素質セラミックス（5%MgAl２O４-5%ZrO２-Si３N４）
肉厚  20ｍｍ
【００２４】
[実施例２(供試スリーブＢ)]（図１）
前部筒体10：材種  ＳＫＤ６１
サイズ  軸長700ｍｍ,肉厚50ｍｍ
後部筒体20：
軸長（前部筒体10と止め板30に挟まれた部分）300ｍｍ
外筒22：材種  ＳＫＤ６１
肉厚  10ｍｍ
内筒21：材種  窒化系素質セラミックス（5%MgAl２O４-5%ZrO２-Si３N４）
肉厚  20ｍｍ
【００２５】
[実施例３(供試スリーブＣ)]（図３）
前部筒体10：材種  ＳＫＤ６１
サイズ  軸長700ｍｍ,肉厚50ｍｍ
後部筒体20：
軸長（前部筒体10と止め板30に挟まれた部分）300ｍｍ
外筒22：材種  ＳＫＤ６１
肉厚  10ｍｍ
内筒21：材種  窒化系素質セラミックス（5%MgAl２O４-5%ZrO２-Si３N４）
肉厚  20ｍｍ
スペーサ25：材種  タングステン合金（W-3%Ni-2%Cu）
肉厚(軸方向)  ２０ｍｍ
【００２６】
［実機使用試験］
アルミ合金（JIS-H5302  ADC-12）の加圧鋳造に上記供試スリーブＡ〜Ｃのそれぞれを使用。
給湯温度：６８０℃
鋳造サイクルタイム：２分
実機使用試験において、供試スリーブＡ〜Ｃのいずれも、10000ショット以上の安定した鋳造を実施することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、ダイカストマシン用スリーブの給湯口付近における溶損,摩耗等の損傷及び熱変形とそれに起因する損傷等を効果的に抑制防止することができる。前部筒体と後部筒体との分割（連結）構造を採用すると共に、前部筒体を金属単層の筒体とし、後部筒体にセラミックスを適用したことによりにより、ダイカストマシンのスリーブとして必要な強度・堅牢性を保証しつつ、セラミックスによる高度の溶損抵抗性・摩耗抵抗性を確保し、スリーブの耐用寿命の飛躍的向上、加圧鋳造操業の効率化、メンテナンスの軽減、鋳造品質の向上安定化等の効果を得ることを可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の複合スリーブの実施例を示す軸方向要部断面図である。
【図２】図１のI-I矢視断面図である。
【図３】本発明の複合スリーブの他の実施例を示す軸方向要部断面図である。
【００２９】
【図４】ダイカストマシン本体の要部断面説明図である。
【図５】従来の金属-セラミックス積層スリーブを示す軸方向断面図である。
【図６】スリーブ内に供給される金属溶湯の貯留状態を示す断面説明図である。
【図７】スリーブの熱変形（軸方向反り変形）を模式的に示す断面説明図である。
【図８】スリーブの熱変形（径方向変形）を模式的に示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：スリーブ
２：プランジャーチップ
１０：前部筒体
１０Ｐ：円環状突出部
２０：後部筒体
２１：セラミックス内筒
２１ａ：フランジ
２２：金属外筒
２２ｂ：拡径段差（円周方向）
２２Ｐ円環状突出部
２３：円周隙間
２４：セラミックス繊維
２５：リング状スペーサ
２６：給湯口
【００３１】
３０：リング状止め板
３１：ボルト
４：ダイカストマシン本体
４１：金型
４２：プラテン（ダイプレート）
５１：セラミックス円筒
５２：金属円筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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